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机械设计
摘要
机器是机构与其他零件的组合，为了有益的用途而转换、传递或利用能量、力或者运动实例有发动机、涡轮、车辆、卷扬机、印刷机、洗衣机和电影摄影机.许多适用于机器设计的原理和力法也适用于不是真正机器的制成品，从轮毂盖和档案橱柜到仪表和核压力容器。“机械设计”这一术语比“机器设计”更为广义，它包括机器设计。而对于某些仪器，如用以确定热、流动线路和体积的热力以及流体方面的问题要单独考虑。但是，在机械设计时要考虑运动和结构方面的问题以及保存和封装的规定。在机械工程领域以及其他工程领域应用机械设计，都需要诸如开关、凸轮、阀门、容器和搅拌器等机械装置。
关键词：机械设计机构设计过程工差
设计过程
设计始于真正的或想象的需要。现有的仪器可能需要在耐用性、效率、重量、速度或成本上加以改进。可能需要新的仪器来完成以前由人做的功能，如装配或保养。目标全部或部分地确定后，设计的下一步就是构思能够完成所需功能的机构及其布置为此，徒手画草图价值极大，它不但作为一个人想法的记录和与其他人讨论的辅助手段，而且尤其适于与自己的想法交流，作为创造性思路的兴奋剂还需要有关于部件的广泛知识，因为一台新机器常常由熟知的各类零件重新安排或替换而成，也许改变了尺寸和材料。无论在构思过程中还是之后，一个设计者都会进行快速或粗略的计算或分析以确定一般尺寸和可行性。当些关于所需或可用空间量的想法确定后，可以开始按比例画草图。
最后，一项基于功能和可靠性的设计完成了，就可以制造样机了。如果测试满意，而且如果装置要大量生产，就要对最初的设计进行一定的修改以确保以较低成本大量生产。在随后几年的制造和使用期间，设计有可能因构思了新想法或者基于测试和经验基础上的进一步分析所显示的改变而改变。销售吸引力、客户满意度和制造成本都与设计有关，设计能力与工程投资的成功密切相关。
一些设计准则
在这一部分，有人建议运用创造性的态度进行的分析，这种分析可以引起重大改进以及对备用产品的构思和完善，也许产品功能更多、更经济、更耐用。创造阶段无须是最初和独立的阶段。虽然分析人员可能并不负责整个设计，但是他不仅仅是能从数字上提出要他解决的问题的正确答案，不仅仅是给出应力值、尺寸或者工作限制。他可以提出更广泛的见解，以便改进规范或方案。由于在分析前或分析过程中，他会熟悉装置及其工作条件，他就处于一个构思备选方案的有利位置。最好他能提出建议改变形状来消除力矩或应力集中，而不是允许构建具有大截面和过多动态载荷的机构最好是他报废他的细致的设计而不是后来看到机械报废。
为了激发创造性思维，建议设计人员和分析人员使用以下准则。前6条准则尤其适用于分析人员，虽然他可能涉及到所有这10项。
1.创造性地利用所需的物理性能并控制不需要的。
2.认识实用载荷及其重要性。
3.预先考虑没有作用的载荷。
4.发明更有利的加载条件。
5.提供最小重量的最有利的应力分布和刚性。
6.用基本方程计算比例并使尺寸最优化。
7.选取材料以获得性能组合。
8.在备件和集成零件间仔细选择。
9.修改功能设计以适应生产过程和降低成本。
10.考虑装配中使部件精确定位和互不干扰。
机械设计
整个机械设计是一个复杂的过程。设计人员必须在这样的领域，如静力学、运动学、动力学和材料力学具有良好的素养，此外，还必须熟悉制造材料和制造工艺。设计人员必须能够组合所有相关的事实，进行训渭、制作草图和制图来把制造要求传递到车间。
任何产品设计的第一步工作之一是选择用于制造每个部件的材料。今天的设计人员可得到无数的。在选择时，产品的功能、外观、材料成本和制造成本都很重要。在任何计算之前必须仔细评估材料的性能。
有必要仔细计算以确保设计的有效性.计算从不出现在图上,而是由十各种原因被存起来。一旦任何一个部件失效，就要弄清楚在最初设计这个有缺陷的零件时做了什么；而且，从对过去的项目的计算中可以获得一份经验文件。当需要类似的设计时，过去的记录会有极大的帮助。
计算（和图上尺寸）的检查最为重要。一个小数点放错位置可以毁掉一个本来可以接受的项目。例如，如果一个人要设计一个能支撑100磅的托架，而它本应该能支撑1000磅，结果肯定会失败。必须检查再检查设计工作的方方面面。
计算机对于工作人员来讲是一个很有用的工具，可以减轻乏味的计算并且对现有数据提供扩展分析。基于计算机性能的交互系统使计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM)成为可能。通过这样的系统，就可能把一个初步构思传送到打孔纸带用于数字加工控制而无须绘制正式的施工图。
实验室测试、模型和样机对于机械设计很有帮助。实验室提供了很多建立基本概念所需的信息，然而，还可用它们获得一些关于产品在现场会如何工作的认识
最后，一个成功的设计人员应尽最大努力跟上时代步伐。每天都会出现新材料和生产方法。绘图和设计人员如果不熟悉现代方法和材料就可能失去作用。一个好的设计人员应经常阅读技术期刊以跟上新的发展
工程工差
固体由其表面边界确定界限。典型地，设计人员给一个零件指定公称尺寸以使其满足其需要。实际上由于表面不规则以及固有的表面粗糙度，各个零件不能重复地做成公称尺寸必须允许尺寸有一些变化以确保能够制造。但是，所允许的变化一定不能太大以至于使装配件的性能变差。单个零件所允许的变化称为公差。
公差这一术语不仅适用于由制造工艺产生的部件尺寸的可以接受的范围，而且适用于机械或加工的输出。例如，一个给定型号的内燃机的功率每台都有所变化。实际上，我们常常发现这种变化模型会是频率分布曲线，例如t.态分布（又叫高斯分布）。设计人员的工作之一就是给一个零件指定尺寸和允许的变化，这个值能够产生可以接受的性能。
零件公差
当图中没有指定确切尺寸时，大多数组织都有适用于尺寸的通用公差。对于加工尺寸，通用公差可能是±0.5毫米。因此，被指定为15.0毫米的尺寸的范围可以是14.5毫米到15.5毫米之间。其他通用公差可以适用于如角度、钻孔和冲孔，铸件、锻件、焊缝和焊角等情形。
在给一个零件指定公差时，可以参考以前的图或一般的工程实践。典型的公差被指定为英武成JSO标准所定义的幅度。对于一个给定公差，比如H7/s6，对于正在研究的零件尺寸就有一组与图表对应的数值可用。下面这段将给出关于装入孔内的轴或柱形配合的具体例子。
孔和轴的标准配合
一项标准的工程工作是确定一个柱形零件的公差，比如安装在一个相应的筒形零件或孔内的．或者是在其内部旋转的轴配合的松紧取决于应用例如，一个定位在轴上的齿轮就需要“紧”的静配合，这里轴的直径实际上比齿轮毅的内径稍微大一些以便能传递所需的扭矩。再者，滑动轴承的直径必须大于轴的直径以使其旋转。假定从经济上讲不能把部件制造成精确的尺寸，轴和孔尺寸上的大小变化就必须确定。但是，变化的范围不应太大以免装配时受损
为了不至于有无穷无尽的被指定的公差尺寸，已经制定了国家和国际标准确定了公差带，比如hll/cll。为了使用这一资料，给出了传统公差使用中的定义。通常使用的是基孔制，因为这会使公司内部所需的钻头、绞刀、拉刀和计量工具种类的减少。
尺寸：以专用单位表示尺寸数字值的数。
实际尺寸：通过测量得到的部件尺寸。
尺寸极限：零件允许的最大和最小尺寸。
最大尺寸极限：两个尺寸极限中较大的。
